Priešsparnis

Priešsparnis – aerodinaminis paviršius, montuojamas fiksuoto sparno orlaivio (lėktuvo) sparno priekinėje briaunoje, kurį išskleidus, orlaivio sparnas leidžia skrydžius mažais greičiais didesniu . Keliamosios galios koeficientą įtakoja atakos kampas ir greitis, todėl, išskleidus priešsparnius, sumažėja lėktuvo minimalus greitis () ir sutrumpėja kilimui ir tūpimui reikalinga distancija. Priešsparniai paprastai naudojami kilimo ar tūpimo metu bei atliekant manevrus, kurių metu orlaivio greitis priartėja prie smukos greičio. Įprastai skrydžio metu jie įtraukiami, taip sumažinant aerodinaminį pasipriešinimą.

Priešsparniai yra vienas iš keleto lėktuvuose naudojamų didinimo įrenginių. Kitas, dar dažniau naudojamas, įrenginys yra , montuojami pagal užpakalinę sparno briauną.

Tipai

Priešsparnių tipai:

Automatiniai:

Spyruoklėmis valdomi priešsparniai yra montuojamis viename lygyje su sparno priekine brauna. Jų išleidimas priklauso nuo juos veikiančios oro jėgos: lėktuvui lėtėjant, mažėja aerodinaminė jėga ir išstumia priešsparnius. Šis tipas kartais vadinamas Handley-Page priešsparnias.

Fiksuoti:

Priešsparnis visą laiką yra fiksuotoje padėtyje. Tokia konsturkcija naudojama specializuotuose labai mažu greičiu galinčiuose skristi orlaiviuose arba laikantis nuostatos, kad lėktuvo konstrukcijos paprastumas yra svarbesnis už jo greitį.

Valdomi:

Priešsparnio išsiskleidimas valdomas piloto. Ši konstrukcija dažniausiai naudojama didesniuose lėktuvuose, beveik visuose šiuolakiniuose oro laineriuose.

Veikimas

Priešsparnio aerodinaminė styga paprastai sudaro tik kelis procentus aerodinaminės sparno stygos. Priešsparnis paprastai montuojamas tik dalyje sparno priekinės briaunos – nuo išorinio trečdalio iki visos sparno priekinės briaunos ilgio. Daugelis ankstyvųjų aerodinamikos specialistų manė, kad priešsparnio efektas pasireiškia didelės energijos srauto nukreipimu į sparno paviršių, taip sužadindamos oro srauto judėjimą jo pasienio (paviršiaus) sluoksnyje ir pavėlindamas smukos atsiradimą. Praktika parodė, kad priešsparnis nesuteikia priešsparnį aptekančiam oro srautui didelio greičio, netgi jį kiek sumažina, taip pat jo negalima pavadinti didelės energijos srautu, nes visas oras, esantis už tikrųjų pasienio sluoksnių, pasižymi vienodomis savybėmis. Tikrasis priešsparnio poveikis yra:

• Priešsparnio efektas:

Sumažėjęs oro srauto greitis ties apatinio sparno plukštumos priekine briauna, dėl ko mažėja didžiausios slėgio vertės ties apatine sparno plokštuma;

• Cirkuliacijos efektas:

Suletėjęs oro srauto greitis ties apatine sparno plokštuma padidina oro rauto greitį ties viršutine sparno plokštuma, taip sumažindamas slėgį virš sparno ir pagerindamas jo aerodinamines charakteristikas.

• Dempingo efektas:

Padidėjęs atsiskyrimo greitis ties galine sparno briauna paspartina oro srautų atsiskyrimą ir padidina keliamąją galią.

• Paviršiaus slėgio atkūrimas:

Priešsparnio sukuriamas sukūrys formuojasi efektyviai, be kontakto su sparno paviršiumi.

• Šviežias pasienio sluoksnio efektas:

Kiekvienas naujas elementas ties priekinine sparno briauna prasideda nauju pasienio sluoksniu. Ploni ribiniai sluoksniai gali atlaikyti stipresnius gradientus nei stori.

Istorija

Pirmuosius priešsparnius 1918 m. sukūrė Vokietijos inžinierius Gustavas Lachmannas (vok. Gustav Lachmann). 1917 m. rugpjūčio mėn. dėl smukos efekto įvykusi Rumpler C avarija paskatino Lachmaną plėtoti sparnų keliamosios galios didinimo idėją ir tų pačių metų pabaigoje Kelne jis pagamino mažą medinį modelį. 1918 m. Lachmannas pateikė priešsparnio patentą, tačiau Vokietijos patentų biuras iš pradžių atmetė šią paraišką, nes netikėjo galimybe dalijant sparną sumažinti smukos greitį.

Nepriklausomai nuo Lachmano, britų įmonė . eksperimentavo su plyšiniu sparnu, kaip galimybe pavėlinti oro srauto atskyrimą nuo viršutinio sparno paviršiaus esant dideliam atakos kampui ir taip pavėlinti smuką. 1919 m. įmonė pateikė paraišką patentui; siekdami išvengti teisinio ginčo, Handley Page sudarė atitinkamą susitarimą su Lachmanu. Tais pačiais metais Handley Page sumontavo priešsparnius vienmotoriame bombonešyje . Po keleto sėkmingų bandymų šis lėktuvas buvo pertvarkytas iš biplano į monoplaną su visą priekinę sparno briauną dengiančiais priešsparniais ir galinę briauną dengiančiais eleronais (vėliau pavadintais užsparniais – „flaps“). Abi plokštumos buvo valdomos kartu. Šis orlaivis vėliau gavo pavadinimą Handley Page HP20 Po kelerių metų įsidarbinęs Handley-Page, Lachmanas sukūrė daugelį konstrukcijų, įskaitant .

Trečiajamje dešimtmetyje prekyba priešsparnių licencijomis tapo ženkliu Handley Page pajamų šaltinių. Pagrindinis priešsparnių modelis buvo prieš priekinę sparnų briauną fiksuoti priešsparniai. Šis variantas naudojamas daugelyje STOL orlaivių.

Antrojo pasaulinio karo metu vokiečių lėktuvuose dažniausiai buvo sumontuota modernesnis, automatinis priešsparnių variantas, kuris buvo priešinio oro slėgio prispaudžiamas prie sparno ir iššokdavo sparno atakos kampui padidėjus iki kritinio kampo dydžio (sumažėjus horizontaliam greičiui). Tokie automatiniai spyruokliniai priešsparniaibuvo montuojami Messerschmitt įmonės suprojektuotuose nakintuvuose Bf 109. Veina iš nedaugelio išimčių buvo Alexander Lippisch sukurtas raketinis naikintuvas , kuriame buvo montuojami fiksuoti priešsparniai, sumontuoti iš karto už jo sparno priekinės briaunos. Bendrosios paskirties lėktuve Fieseler Fi 156 Storch buvo montuojami į automatinius panašūs priešsparniai, tačiau jie buvo fiksuoti ir neįtraukiami. Ši konstrukcijos ypatybė leido orlaiviui esant silpnam vėjui pakilti nuo trumpesnio nei 45 m. pakilimo tako ir nusilesiti 18 m ilgio aikštelėje.

Po Antrojo pasaulinio karo, ypač didesniuose orlaiviuose, buvo plačiai pradėti naudoti hidrauliškai arba elektra valdomi priešsparniai.

Moksliniai tyrimai

Pastaraisiais metais vykdomi tyrimai kaip suderinti skirtingų orlaivio valdymo įrengimų – eleronų, liftų, elevonų, ir flaperonų funkcijas viename sparne, taip užsitikrinant mažesnę masę, mažesnį oro pasipriešinimą, mažesnį judančių dalių skaičių ir paprastesnį valdymą, slaptumą užtikrinantį mažesnį radaro pėdsaką.

Viena daug žadanti tokių tyrimų kryptis, galinti konkuruoti su priešsparnių ir užsparnių siūlomais parametrais, yra lankstūs sparnai. Lanksčiuose sparnuose dauguma arba visas sparno paviršius gali keisti formą skrydžio metu taip nukreipdami oro srautą ir formuodami jėgos momentą manevrui. Šioje srityje NASA plėtoja projektą X-53 Active Aeroelastic Wing. Kitas bendras karinis ir komercinis projektas yra „Pritaikomas sparnas“ (angl. „Adaptive Compliant Wing“). Iš esmės šių projektų idėja yra iš moderių medžiagų pagaminti brolių Raitų pirmuosiuose lėktuvuose naudotas besilankstančias valdymo plokštumas.

Išnašos

1. Theory of wing sections, Abbott and Doenhoff, Dover Publications
2. High-Lift Aerodynamics, A.M.O. Smith, Journal of Aircraft, 1975
3. High-Lift Aerodynamics, by A. M. O. Smith, McDonnell Douglas Corporation, Long Beach, June 1975
4. Gustav Lachmann – National Advisory Committee for Aeronautics (November 1921). „Experiments with slotted wings Archyvuota kopija 2012-11-29 iš Wayback Machine projekto.“ (PDF).
5. Handley Page, F. (December 22, 1921), „Developments In Aircraft Design By The Use Of Slotted Wings“, Flight, vol. XIII, no. 678, p. 844,
6. Scott, William B. (27 November 2006), „Morphing Wings Archyvuota kopija 2011-04-26 iš Wayback Machine projekto.“, Aviation Week & Space Technology
7. „FlexSys Inc.: Aerospace“. Archived from the original on 16 June 2011
8. Kota, Sridhar; Osborn, Russell; Ervin, Gregory; Maric, Dragan; Flick, Peter; Paul, Donald. „Mission Adaptive Compliant Wing – Design, Fabrication and Flight Test“ (PDF). Ann Arbor, MI; Dayton, OH, USA: FlexSys Inc., Air Force Research Laboratory